临场感技术是八十年代随着遥控机器人的发展根据遥控作业的需要而提出的与交互技术密切相关的新概念，它通过各种传感器测得遥远处从机械手与环境的各种信息，包括从机械手与环境的图象信息、从机械手与环境作用的力觉信息、触觉信息、运动觉信息，并反馈给本地操作者处，而在本地通过一定的装置再现出遥远处的各种信息，使操作者产生身临其境的感觉。力觉临场感技术是临场感技术的主要形式之一，对遥控作业的完成有着重要的意义。由于临场感技术可极大地提高遥控机器人的作业能力，因而美国、日本、德国等技术先进国家相继投入了大量的力量从事临场感技术和临场感系统的研究。我国在这方面的研究刚刚起步，开展研究具有临场感性能的遥控机器人，无论对太空、原子能、深海等具体应用，或对我国赶超世界尖端技术均有着十分重要的意义。 本文结合课题组申请的国家863智能机器人传感器网点实验室的有关课题，就力觉临场感遥控机器人系统的本质和实际工程实现展开深入的研究。在力觉临场感方式下，作为其主要辅助信息源的视觉临场感或现场的计算机辅助视觉显示方式是必不可少的，否则操作者难以形成现场环境的总体印象。分析了力觉临场感系统的一般构成方法，给出了每个子系统的动力学模型。为整个系统的稳定性分析及系统设计提供了基础。然后回顾了几种典型的操作者动力学模型，首次提出了适用于力觉临场感系统分析与设计的基于任务的操作者五级级联动力学模型。并对提出的通用操作者五级级联动力学模型进行了简化分析，得出了更具实用价值的简化形式，为后面的应用打下了基础。实际使用中存在着这样的任务，单纯的临场感操作或单纯的自主机器人控制都难以解决，因此很有必要建立一种人机系统来克服各自不足，一方面要充分发挥人的智慧，另一方面也要充分提高从端局部自动化的程度，从而提高整个遥控机器人的系统性能。智能遥控机器人就是在临场感系统中增强系统的自主智能，由操作者和自主智能模块共同控制从手的运动，达到减轻操作者的负担和补偿自主智能不足的目的。本文提出了一种简单而实用的控制结构——构造式虚拟力反馈，融合人机智能，以取得较好的性能。构造式虚拟力反馈旨在提供操作者一种从臂对控制命令响应的直观性和自然的感觉。构造式虚拟力反馈可以实现一种按照从臂的位置误差和接触力定义的新的运动学耦合。本文详细讨论了构造式虚拟力反馈的实现方法并给出了系统稳定性分析。由于人的感知能力是有一定的频率、大小范围限制的，外界的信号(如力等)超过一定的范围，人就无法承受或感知不到，必须把这类信号转换到操作者易于接受的范围，操作者才能正确感知并作出决策。本文给出了比率遥操作系统的系统模型，定义了比率遥操作系统的理想响应，导出了实现理想响应的条件，提出了实现理想响应的控制策略和实际控制策略，介绍了鲁棒稳定性分析方法。最后给出了比率遥操作系统感觉最优的定义，并设计了控制策略，进行了稳定性分析。 在机器人系统中，通过传感器可以获知自身及外界环境信息。经常需要利用多个传感器的信息，经融合处理，以获得比单一传感器所能提供的更为可靠的信息。本文详细讨论了分散式滤波器结构，融合系数的计算；通过引入Hopfield神经网络，以提高主从滤波器组寻优融合算法的计算速度；利用自校验和互校验技术，实现多传感器的故障诊断，给出了在故障诊断的基础上进行恢复的方法；利用子波变换实现不同分辨力传感器信息的融合，给出了信息融合的原理，分解与重构公式及优化融合算法。多自由度临场感实验系统的研制是对力觉临场感的理论进行验证的手段，同时也是力觉临场感技术应用的最终目的。本文针对临场感遥控机器人应用的需要，研制了具有简单作业能力的多自由度力/触觉临场感实验装置，为其应用性研究提供了基础。